Les matériaux actuellement utilisés comme capteurs passifs de polluants atmosphériques, la mousse de polyuréthane et la résine XAD®-2, ne sont optimisés ni pour l'adsorption de composés polaires ni pour le captage de particules. Pour remédier à ces limitations, la mousse de carbure de silicium (SiC) est proposée comme alternative. Plusieurs campagnes de mesures ont été mises en place pour comparer SiC et XAD®-2. Les composés recherchés étaient des HAP, des PCB et des pesticides.Une méthode d'analyse combinant ASE, SPE et SPME a été développée et optimisée pour ces polluants. Celle-ci permet d'atteindre de faibles limites de détection et quantification pour les composés recherchés.Les campagnes réalisées montrent que la mousse de SiC est toujours plus efficace que la résine XAD®-2 pour le piégeage de composés particulaires et polaires. De plus, la SiC peut être greffée avec du carbone ou des nanotubes de carbone pour augmenter sa surface spécifique, ce qui la rend également plus performante pour l'adsorption de composés volatils. Les débits d'échantillonnage moyens de la mousse ont été calculés et sont comparable aux valeurs rapportées dans la littérature pour la résine XAD®-2. / Materials currently used as passive samplers for atmospheric pollutants, polyurethane foam and XAD®-2 resin, are not suited ta trapping polar compounds nor particles. Ta overcome these limitations, silicon carbide (SiC) foam is presented as an alternative. Several sampling campaigns monitoring PAH, PCB and pesticides were done ta compare SiC and XAD®-2. An analytical method coupling ASE, SPE and SPME was developed and optimised for these pollutants. lt allowed low limits of detection and quantification ta be reached for all compounds of interest.Sampling campaigns showed that SiC foam is consistently more efficient than XAD®-2 resin at trapping particulate and polar compounds. Moreover, SiC foam can be grafted with carbon or carbon nanotubes ta increase its specific surface area, which also makes it better at adsorbing volatile compounds. Average sampling rates were calculated for SiC foam and they are comparable ta the values reported in the literature for XAD®-2 resin.

Malgré une sensible baisse des ventes depuis quelques années, la France reste le premier utilisateur européen de phytosanitaires. Ceci n’est pas sans conséquences sur l’environnement et les organismes non visés par ces produits. De nombreuses études ont permis d’une part de mieux comprendre les phénomènes de transfert des pesticides dans les compartiments eau-air sols et d’autre part de mettre en évidence leur contamination. Les données concernant l’eau sont plus nombreuses du fait de son statut de réceptacle ultime des pollutions.et des normes établies par les textes réglementaires. La Directive Cadre européenne sur l’Eau (DCE) adoptée en 2000 vise à atteindre le bon état chimique et écologique des eaux d’ici 2015 avec une obligation de résultats. Le bon état chimique dépend du respect des normes de qualité environnementales (NQE) établies notamment pour 24 pesticides. En 2012, 5% des points de mesure en cours d’eau et 19% des points de mesure en eaux souterraines ne respectent pas ces NQE.Le Languedoc Roussillon est depuis de nombreuses années la première région viticole de France et souffre d’une pression phytosanitaire importante. En 2014, un rapport de l’Agence Régionale de Santé (ARS) fait même état de l’utilisation encore récente de pesticides interdits (simazine, terbuthylazine…) depuis le début des années 2000. L’ARS a de plus affirmé que la plupart des cas de non-conformité avérés pouvaient être rattachés à la présence d’activité agricole dans le bassin versant du captage.Remédier à ces contaminations passe par le suivi de la qualité des eaux et la caractérisation de la pollution. Les outils actuels s’avèrent ne pas être toujours représentatifs de cette pollution ;de nouveaux outils sont donc mis au point. L’étude présentée ici porte sur l’utilisation de l’échantillonnage passif de type POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) pour le suivi de la contamination en pesticides de trois bassins versants languedociens : Paulhan,Puissalicon, Roujan.Dans un premier temps, l’étude des limites possibles du dispositif POCIS a été faite pour évaluer son applicabilité dans les conditions d’exposition imposées par le terrain. Le comportement des molécules au sein de l’outil a été étudié pour une meilleure compréhension des phénomènes de diffusion qui s’y produisent. Ces études ont mené à la mise en place de calibrations en laboratoire en conditions contrôlées. [...] La mise en place des dispositifs POCIS sur les trois sites d’études a mis en évidence la prédominance de pesticides utilisés en viticulture et a montré tout l’intérêt de l’outil d’un point de vue qualitatif. La comparaison de l’outil avec l’échantillonnage automatisé montre des disparités entre concentration réelle et concentration estimée via le POCIS. Ce dernier reste à améliorer d’un point de vue quantitatif pour obtenir un échantillonneur fiable et robuste pour ce type de milieu d’exposition. / Despite a noticeable sales decrease since few years, France remains the first european user of phytosanitary products. This is not without consequences on the environment and the untargeted organisms. Several studies allowed on one hand to better understand phenomena of pesticides transfer in water-air and soils compartments and on the other hand to highlight their contamination. Data concerning the water are more numerous cause of its status of ultimate receptacle of pollution and standards established by regulatory texts. The european Water Framework Directive (WFD) adopted in 2000 aims to achieve good chemical and ecological status of water bodies by 2015 with an obligation of results. The good chemical status depends on respect for the Environmental Quality Standards (EQS) established, for instance, for 24 pesticides. In 2012, 5% of river measurement points and 19%of groundwater measurement points do not respect these EQS. For many years, Languedoc Roussillon is the first wine-producing region of France and suffers from a significant pesticide pressure. In 2014, a report from the Regional Health Agency (RHA) has mentioned a relatively recent use of banned pesticides since the early 2000’s like simazin and terbutylazin. Moreover, RHA stated that most of recognized cases of non-compliance could be linked to the presence of agricultural activity in the catchment basin.[...] The establishment of POCIS devices on the three study sites showed the predominance ofpesticides used in viticulture and showed all the interest of the tool on a qualitative point ofview. The comparison of the tool with the automated sampling shows disparities between real concentration and concentration estimated with the POCIS. However, it remains to improvethe tool on a quantitative way to obtain a reliable and robust sampler for this type of exposure medium.

Les objectifs de cette étude comparative de deux bassins versants en France et en Ukraine sont de trois ordres. i) déterminer l'occurrence des micropolluants émergents (métaux traces et molécules pharmaceutiques) dans les eaux de surface, ii) permettre leur évaluation qualitative et quantitative et enfin iii) estimer leur distribution en fonction du contexte socio-économique. Cette recherche porte sur l'analyse de l'origine, sur les propriétés physico-chimiques et sur le comportement des micropolluants (métaux traces et molécules pharmaceutiques) dans les eaux des rivières Jalle (Bordeaux, France) et Udy & Lopan (Kharkiv, Ukraine). Un suivi des métaux traces et des produits pharmaceutiques dans les eaux naturelles de surface dans différents contextes et conditions climatiques a été réalisé. La description et l'analyse des facteurs environnementaux et socio-économiques influençant l'hydrochimie locale en vue de conclure sur l'opportunité et l'intérêt des micropolluants émergents comme indicateurs anthropogéniques du contexte socio-économique et environnemental d'un bassin versant ont été mis en oeuvre. L'étude a combiné des techniques de prélèvements d'échantillons d'eau classiques et par capteurs passifs in situ. L'analyse semi quantitative des micropolluants émergents a porté sur les métaux traces (sondes DGT) et les produits pharmaceutiques (POCIS). L'usage de ces capteurs a permis d'évaluer les différentes formes d'éléments, les sources, les variations saisonnières et spatiales, l'accumulation et les risques environnementaux. A partir des données environnementales collectées, acquises, actualisées et validées il a été possible de modéliser la consommation régionale de médicaments dans le cas de (1) la région de Kharkiv, en Ukraine, sur les rivières Lopan et Udy du bassin Seversky Donets et (2) la région de Bordeaux, en France, sur la rivière Jalle, du bassin de la Garonne. Les sites ont été sélectionnés pour représenter une diversité tant du point de vue de l'état de pollution des eaux (nature et flux) que de celui du paysage socio-économique (contexte urbain, social et indicateurs économiques). Les résultats majeurs de cette étude sont : (i) méthodologique pour le développement et la validation de protocoles d'échantillonnage classique et passif (intérêt, limites, recommandations), ii) analytique quant à la mesure des éléments traces des eaux de surface naturelles dans des conditions extrêmes, iii) scientifique par l'obtention d'un jeu de données sur l'hydrochimie des éléments traces ( présence, accumulation, origine et variabilité spatiale et temporelle et iv) prospectif quant à l'usage des métaux traces et de produits pharmaceutiques comme traceurs anthropiques de l'état des eaux naturelles de surfaces et reflet du contexte socio économique. La modélisation socio-économique (statistique) et environnementale (balance de masse) aide à comprendre l'évolution de la qualité des eaux de surface dans leur contexte régional et permet d'identifier certains contaminants comme des indicateurs des activités anthropiques d'un bassin versant et permet de définir une typologie. L'ensemble des résultats de la thèse ont présentés sous la forme d'articles publiés ou soumis dans des revues scientifiques internationales.

Le POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) est un outil d'échantillonnage intégratif alternatif aux techniques d'échantillonnages classiques (ponctuelle ou automatisée) dédié à la mesure de micropolluants organiques relativement hydrophiles dans les eaux. Cet outil permet d'intégrer les concentrations dans le temps (CTWA, Time-Weighted Average Concentration) et, dans certains cas, d'abaisser les limites de quantification. Une revue bibliographique détaillée a montré la forte variabilité des données de performances du POCIS mesurées en laboratoire (notamment les taux d'échantillonnage ou Rs). Cette variabilité résulte en majeure partie de systèmes expérimentaux d'étalonnage différents selon les études et pas toujours renseignés. Dans la littérature, les CTWA obtenues in situ sont comparées aux concentrations obtenues après échantillonnage classique, tel que mis en œuvre actuellement dans les programmes de surveillance européens ; ces concentrations sont dans la plupart des cas du même ordre de grandeur, même si elles ne représentent pas tout à fait la même information. Avec comme objectif d'obtenir des CTWA les plus justes et robustes possibles, nous avons étudié le comportement du POCIS « pharmaceutique » en laboratoire vis-à-vis de 56 micropolluants (hormones, pharmaceutiques, alkylphénols, pesticides, filtre UV), dans un système expérimental d'étalonnage conçu spécifiquement pour contrôler l'ensemble des conditions expérimentales ayant une influence sur les Rs. Nous avons ainsi déterminé 43 Rs robustes et démontré que le POCIS est bien adapté à l'échantillonnage de la plupart des molécules étudiées. De plus, l'allure des cinétiques d'accumulation est expliquée à l'aide des propriétés physico-chimiques des molécules (log D , surface polaire). Cinq homologues deutérés ont été identifiés en tant que PRC (Performance Reference Compounds), c'est-à-dire qu'ils peuvent être utilisés pour corriger les différences de conditions entre le laboratoire et le terrain. Nous avons également comparé le POCIS au Chemcatcher « polaire » en laboratoire et montré qu'en terme de domaine d'application et de performances, le POCIS est mieux adapté pour les micropolluants étudiés. Enfin, nous avons testé la justesse et la robustesse du POCIS lors de deux essais inter-laboratoires (EIL). Le premier EIL, portant sur l'étalonnage de l'outil en laboratoire, a démontré la robustesse de ses performances pour 3 pesticides. Le deuxième EIL in situ a démontré la pertinence du POCIS pour échantillonner des hormones, des pharmaceutiques et des pesticides dans un effluent de station d'épuration. Cette thèse permet d'avancer dans le domaine des connaissances sur l'outil POCIS et de favoriser son application dans le cadre de la directive sur l'eau / The POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) is an alternative integrative sampling tool to conventional sampling methods (grab or automated) for measuring hydrophilic organic micropollutants in water. This tool permits to supply time-weighted average concentrations (TWAC) and, sometimes, to decrease limits of quantification. A detailed bibliographic review showed the important variability of POCIS performance data measured in laboratory (notably the sampling rates or Rs). This variability is in majority due to different experimental calibration systems, not always well detailed, among studies. In the literature, in situ TWAC are compared to concentrations from conventional sampling, actually used in European monitoring programs ; these concentrations are generally of the same order of magnitude, even if they do not represent the same information. In order to obtain accurate and robust TWAC, we studied in laboratory the “pharmaceutical” POCIS behavior for 56 micropollutants (hormones, pharmaceuticals, alkylphenols, pesticides, UV filter), in a calibration system specifically made for controlling the whole experimental conditions having an influence on Rs. We determined 43 robust RS and demonstrated that POCIS is well adapted for sampling most of studied molecules. Moreover, the pattern of kinetic accumulations is explained using molecule physical-chemical properties (log D, polar surface). Five deuterated homologues were identified as PRCs, meaning that they can be used for correcting differences in conditions between the laboratory and the field. We also compared the POCIS with the “polar” Chemcatcher and we showed that in term of application field and performances, the POCIS is better adapted for studied micropollutants. At last, we tested the accuracy and the robustness of the POCIS during two inter-laboratory studies (ILSs). The first ILS, dealing with the laboratory calibration of the tool, demonstrated performance robustness for 3 pesticides. The second in situ ILS demonstrated the relevance of the POCIS for sampling hormones, pharmaceuticals and pesticides from a waste water treatment plant effluent. This thesis permits to improve knowledge on the POCIS and to promote its application for the water framework directive

Les ISDND produisent du biogaz par fermentation des déchets organiques. Le biogaz principalement composé de CH4 et CO2 représente un enjeu environnemental majeur. Cette étude propose un outil d’estimation des émissions surfaciques de biogaz d’une ISDND par modélisation de la dispersion atmosphérique d’un gaz traceur, en l’occurrence, le méthane. Les dynamiques spatiales et temporelles des concentrations en CH4 et en COV ont été suivies sur et dans l’entourage de l’ISDND d’étude (Séché Environnement) en fonction des conditions météorologiques. Les résultats montrent des faibles teneurs atmosphériques en COV et en CH4 sur le site d’étude validant une faible émission de ces espèces. Les COV mesurés sont émis par différentes sources dont la contribution est plus importante que celle de l’ISDND et aucun COV ne constitue un traceur de biogaz émis par le site. En revanche, l’ISDND apparait comme source principale du CH4 détecté. Deux méthodes sont proposées pour estimer les émissions surfaciques de méthane en utilisant un modèle de dispersion atmosphérique Gaussien ADMS, validé par comparaison des teneurs atmosphériques en méthane mesurées et modélisées et leur dynamique temporelle. La première méthode repose sur une approche inverse et la deuxième est une approche statistique par régression. Les émissions de CH4 sont estimées pour la période d’exposition de la diode laser aux émissions du site pour 4 scénarios météorologiques types identifiés par une classification hiérarchique. Les résultats valident l’influence des paramètres météorologiques, surtout de la stabilité de l’atmosphère, sur la dispersion atmosphérique et les émissions surfaciques en méthane. / Landfill sites produce biogas by degradation of biodegradable organic matter. Biogas mainly composed of CH4 and CO2 represents a major environmental challenge. This study propose a method to estimate biogas surface emissions in landfill sites using atmospheric dispersion modeling of a tracer gas, in this case, methane. The spatial and temporal dynamics of CH4 and VOC concentrations have been followed on the studied landfill site (Séché Environnement) for several weather conditions. Measurement results show low atmospheric VOC and CH4 concentrations on the studied landfill site which validates low emissions of these compounds. Detected VOC are emitted by different sources, excluding the landfill site. The contribution of these sources on VOC concentrations is more important than that of the landfill site and no VOC could be identified as tracer of biogas emitted by landfill site. However, CH4 is emitted by the landfill site, its principal source. Two methods are proposed to estimate methane surface emissions using a Gaussian atmospheric dispersion model ADMS. Gaussian model is validated by comparison of the temporal dynamics and atmospheric concentrations of methane measured on the site and those modeled. The first method is based on an inverse approach and the second one is a statistical regression approach. CH4 emissions are estimated for the exposure period of the laser diode to the site emissions and for 4 weather scenarios identified by a hierarchical classification. Results validate the influence of meteorological parameters, especially the stability of the atmosphere, on the atmospheric dispersion and methane surface emissions.

Dans le but d’évaluer la contamination des atmosphères intérieures et extérieures induite par les usages non agricoles de pesticides, deux approches complémentaires ont été mises en oeuvre : l’utilisation de capteurs passifs de type Tenax TA pour réaliser des prélèvements d’air, et l’utilisation de cheveux employés comme biomarqueurs d’exposition. Des campagnes de mesures ont été menées sur plusieurs sites à la suite de traitements de désherbage ou de désinsectisation ainsi quedans des logements. Les échantillons d’air et de cheveux ont été extraits respectivement par thermodésorption et par extraction solide-liquide, avant d’être analysés en chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Une augmentation du niveau de contamination de l’air extérieur et intérieur et l’existence de transferts entre ces deux milieux ont pu être observées après l’application de pesticides. Dans les logements, des pesticides actuellement employés mais aussi des pesticides interdits et persistants ont été détectés. Plusieurs pesticides ont également été détectés dans les cheveux, mais l’exposition humaine à ces derniers n’a pas pu toujours être corrélée à une contamination de l’air. / In order to evaluate indoor and outdoor air contamination resulting from non-agricultural uses of pesticides, two complementary approaches were applied: passive samplers based on Tenax TA used for air sampling and hair used as biomarkers of exposure. Sampling campaigns were conducted on several sites after weeding and pest control treatments as well as in accommodations. Air samples and hair samples were respectively extracted by thermal desorption and solid-liquid extraction prior to their analysis by gas chromatography combined with mass spectrometry (GC-MS). An increase of the indoor and outdoor air contamination levels and the existence of transfers between these two environments could be observed after pesticides applications. In accommodations, pesticides currently used and banned but persistent ones were detected. Several pesticides were also detected in hair samples but human exposure to these pesticides cannot be correlated with air contamination in all cases.